4203 綜放工作面下覆采空區(qū)探測及充填穩(wěn)定技術(shù)研究

侯艷峰

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司朔州分公司，山西 朔州 036899）

1 工程概況

蘭花口前礦4203 綜放工作面開采9#煤層（4#及9#煤層合層），煤層厚度10.90～14.00 m，平均12.75 m，含2～5 層夾矸。9#煤頂板為粗、中、細砂巖，底板泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖。11 號煤層厚度5.61 m，含1～4 層夾矸，頂板為泥巖、粉砂巖。11#煤層上距9（4 ＋9）#煤層平均8.22 m。4203 綜放工作面受到下部11#煤層不明采空區(qū)的影響，在回采過程中存在支架陷落的危險。具體采面位置如圖1。由于下部11#煤層的開采情況不明，需要綜合采用現(xiàn)場實測和理論分析等技術(shù)手段，研究制定4203綜放工作面底板巖層的合理支撐加固方案，防止工作面開采過程中發(fā)生支架陷落事故。

圖1 4203 工作面平面示意圖

2 工作面底板采空區(qū)實測分析

為了探測4203 采面下部11#煤層的開采冒落情況，在運輸巷和回風(fēng)巷按-30°向11#煤施工了16個探測孔，其中運輸巷布置兩個鉆場共5 個孔，回風(fēng)巷布置三個鉆場共11 個孔。探測孔的具體布置情況如圖2。

圖2 口前礦4203 采面底板探測孔布設(shè)示意圖（m）

在4203 運輸順槽布置的鉆孔鉆進過程中均正常排渣，未探測到采空區(qū)，回風(fēng)順槽第三至第五鉆場內(nèi)布置的探測鉆孔均揭露下覆11#煤層采空區(qū)。具體探測鉆孔剖面圖如圖3。

圖3 采面底板探測孔縱剖面示意圖

根據(jù)圖2 和圖3 可知，4203 采面煤層下邊界到下部11#煤層上邊界的距離在9.5～14.5 m 之間，采面底板的層理較發(fā)育、完整性較差；下部11#煤層的采空區(qū)主要分布在4203 采面回風(fēng)巷一側(cè)。沿10#與13#探孔孔底連線作剖面圖如圖4，由圖可見從10#到13#探孔的冒落高度逐漸增大。依據(jù)現(xiàn)有條件推測，4203 采面下部采空區(qū)充填體積約為3000 m3。

圖4 11#煤層采空區(qū)頂板局部冒落示意圖（m）

3 4203 采面底板穩(wěn)定控制技術(shù)方案

3.1 充填材料的比選

充填材料是4203 采面下部采空區(qū)充填中的關(guān)鍵，漿液性能直接影響充填加固效果，漿液消耗決定了充填成本。因此，為了在確保充填加固效果的前提下，盡量節(jié)省成本并加快施工進度，應(yīng)選用充填性能好、性價比高、充填速度快的充填材料[1-3]。

目前的充填材料有化學(xué)漿液、水泥漿液、高水材料與粉煤灰混合料以及空巷充填材料四大類，具體各類材料優(yōu)缺點見表1 所示[4-6]。

表1 常用充填材料優(yōu)缺點分析

根據(jù)4203 采面下覆11#煤層采空區(qū)情況，為了確保充填效果的前提下節(jié)省成本，減少鉆孔工程量、加快施工進度并減輕工人勞動強度，根據(jù)以上充填材料的綜合比較，建議選用空巷充填材料作為4203下部采空區(qū)的充填材料。

3.2 充填孔位及順序

由于現(xiàn)有巷道空間小，需要拓寬以便設(shè)置鉆場。為了確保充填效果，同時盡量節(jié)省設(shè)置鉆場和鉆孔的工作量，加快施工進度，設(shè)計了如圖5 所示的充填孔布設(shè)方案。充填時，為保證充填密實且避免跑漿（漿液流向加固范圍以外的采空區(qū)），先用較低水灰比和凝固速度較快的漿液把四周邊界充填密實，再按照從低到高即從運輸順槽到回風(fēng)順槽的順序依次充填。

圖5 充填孔布設(shè)示意圖

根據(jù)比選，確定選用空巷充填材料，采用間隔打孔的方式進行充填[7-8]。考慮孔底可能存在部分老窯水，漿液的水灰比確定為4:1，凝結(jié)體終強2.5 MPa，每噸材料可充填體積約4.15 m3。

要求鉆孔直徑不小于75 mm，為防止塌孔和堵孔，鉆孔后及時在孔內(nèi)套設(shè)外徑為63 mm 的PE 套管，然后將1.2 寸充填管塞入PE 套管內(nèi)，塞入長度不小于3 m，采用充填泵進行充填。為保證充填密實，待孔口返漿即可停止充填。充填過程中為防止下部采空區(qū)的有害氣體大量涌出造成安全隱患，需加強通風(fēng)檢測并通過加裝局部通風(fēng)機等方式加強作業(yè)點的通風(fēng)。

3.3 充填系統(tǒng)及工藝

空巷充填材料分甲、乙料兩部分，配比1:1，需分別加水?dāng)嚢栎斔停谜居? 寸鋼管供水，供水能力20 m3/h 以上。

充填系統(tǒng)如圖6。攪拌桶分別攪拌甲料、乙料漿液，雙液充填泵分別對兩種漿液加壓，雙趟高壓管路輸送漿液，在充填位置混合。充填所需設(shè)備見表2。泵站點嚴禁無措施停水停電，泵站點供電電壓660/1140 V。泵站點專人負責(zé)看守，泵站點與充填點之間設(shè)立電話。

表2 充填設(shè)備清單

圖6 充填設(shè)備配置示意圖

4 結(jié)語

（1）4203 綜放工作面回采過程中面臨的主要安全隱患為下覆11#煤層采空區(qū)范圍不確定，采面底板不穩(wěn)定，液壓支架在過11#煤層采空區(qū)過程中存在失穩(wěn)、陷落等問題。為此，在4203 綜放工作面進風(fēng)巷以及回風(fēng)巷內(nèi)布置鉆場，對下覆11#煤層采空區(qū)分布范圍進行探測。

（2）現(xiàn)場探測發(fā)現(xiàn)下覆11#煤層與4203 綜放工作面底板間距9.5～14.5 m，采面底板的層理較發(fā)育、完整性較差；下部11#煤層的采空區(qū)主要分布在4203 采面回風(fēng)巷一側(cè)，體積約為3000 m3。在對現(xiàn)有的充填材料分析基礎(chǔ)上，結(jié)合4203 綜放工作面現(xiàn)場情況，提出使用空巷充填材料對11#煤層采空區(qū)進行充填，并具體對充填技術(shù)方案進行設(shè)計。

（3）4203 綜放工作面下覆11#煤層采空區(qū)充填完成后，采面回采期間9#煤層底板以及采面液壓支架始終保持穩(wěn)定，實現(xiàn)了采面安全回采。